A system on chip design of 6-axis robotic arm controller implemented on a low cost FPGA

การออกแบบระบบบนวงจรรวมของตัวควบคุมแขนกลหุ่นยนต์ 6 แกนที่ใช้ FPGA ราคาต่ำ

Name: Bejo, Agus

ThaSH: Robots -- Control systems

ThaSH: Robotics

Abstract: In this work, we developed a 6-axis robotic arm controller. The robotic arm is powered by hydraulic pump. At each axis its arm is driven by a servo valve. This controller is implemented on a low-cost FPGA. The main control processor supported by some peripherals such as UART, Timer/Counter, Digital I/O, Interrupt, PWM Generator, SPI and SPI Reader is embedded on a FPGA chip. This work is composed of four parts: solving the inverse kinematics problem, designing proper controller, developing required hardwares and developing GUI user application software. With some constraints, a set of formulae is developed to solve the inverse kinematics problem using closed-form method. A 2-DOF PID controller is designed using obtained model from system identification step. The Recursive Least Square method and Pole Placement method are respectively employed for the system identification and the controller design tasks. Required hardwares are then implemented to realize the controller system. Finally, a GUI user application software is developed to interface the controller system with human operator. Through this work, a new robotic controller system is created to replace the old existing controller system which has many constraints such as limited storage space, uneasy usage, time consuming setup and incompatibility with modern communication channel. Overall, this new controller system provides better features which are possible to increase the productivity rate.

Abstract: วิทยานิพนธ์ฉบับนี้นำเสนอการพัฒนาตัวควบคุมแขนกล 6 แกน ซึ่งจ่ายใช้พลังงานจากไฮโดรลิก ผ่านทางเครื่องสูบ โดยแขนกลแต่ละแกนจะถูกขับเคลื่อนด้วยลิ้นเซอร์โว ตัวควบคุมนี้สร้างขึ้นโดยใช้ FPGA ที่มีราคาถูก หน่วยประมวลผลหลักของตัวควบคุมรองรับอุปกรณ์รอบข้างหลายประเภท เช่น ช่องทางอนุกรม (UART) วงจรควบคุมสัญญาณนาฬิกา (Timer/Counter) ช่องทางเข้าออกอเนกประสงค์ (I/O) สัญญาณขัดจังหวะ (Interrupt) ชุดสร้างสัญญาณกล้ำพัลส์ (PWM) ช่องทาง SPI เป็นต้น ซึ่งถูกรวบรวมและออกแบบไว้ใน FPGA เพราะว่าอุปกรณ์ต่างๆ เหล่านี้ถูกรวบรวบอยู่ในวงจรรวมเพียงตัวเดียว มันจึงถูกเรียกว่าระบบบนวงจรรวม (System on Chip) วิทยานิพนธ์นี้แบ่งออกเป็น 3 ส่วน โดยส่วนแรกจะกล่าวถึงการแก้สมการผกผันจลนศาสตร์ ส่วนที่สอง จะกล่าวถึงการออกแบบตัวควบคุม และส่วนสุดท้ายจะกล่าวถึงการพัฒนาส่วนเครื่องที่จำเป็น เนื่องจากข้อจำกัดบางประการ จึงแก้สมการผกผันจลนศาสตร์โดยใช้วิธีแบบปิด (closed form method) ตัวควบคุมชนิด PID สำหรับหุ่นยนต์สองแกนถูกออกแบบโดยใช้แบบจำลองที่ได้จากการวิธีการระบุแบบจำลองของระบบ ซึ่งใช้วิธีการกำลังสองน้อยที่สุด และใช้วิธีการวางตำแหน่งขั้วในการออกแบบตัวควบคุม ท้ายที่สุดส่วนเครื่องถูกสร้างขึ้นเพื่อทดสอบการทำงานของตัวควบคุม ถึงแม้ว่าวิทยานิพนธ์นี้จะออกแบบส่วนตัวควบคุมใหม่เพื่อใช้แทนตัวควบคุมเก่าซึ่งมีข้อจำกัดหลายประการเช่น หน่วยความจำน้อย การใช้งานยากลำบาก การติดตั้งไม่สะดวก และไม่สามารถติดต่อกับช่องทางสื่อสารทันสมัยได้ โดยรวมแล้ว ตัวควบคุมใหม่นี้มีคุณลักษณะดีกว่าตัวควบคุมเดิม ซึ่งช่วยเพิ่มผลิตภาพของแขนกลเดิมให้ดียิ่งขึ้น

Chulalongkorn University. Center of Academic Resources

Address: BANGKOK

Email: cuir@car.chula.ac.th

Name: Wanchalerm Pora

Role: advisor

Modified: 2554-07-08

Issued: 2011-07-08

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

eng

DegreeName: Master of Engineering

Level: Master's Degree

Descipline: Electrical Engineering

Grantor: Chulalongkorn University

©copyrights Chulalongkorn University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	Agus_be.pdf	4.15 MB	218	2026-07-17 09:09:17

ใช้เวลา

0.024865 วินาที